东北农业大学水利与建筑学院的实验室简介

水利与建筑学院节水农业实验室为黑龙江省高校重点实验室，该实验室包括水利与建筑实验中心、东北农业大学香坊实验实习基地的节水灌溉试验站和东北农业大学黑龙江省水利科学研究院研究生培养创新示范基地，简称一个中心、两个基地。本实验室拥一支以中青年优秀人才为骨干、在国内外有一定知名度的朝气蓬勃的学术团队，固定人员42人，其中：教授14人、副教授8人，具有博士学位的占33%；黑龙江省节水农业首席专家1人，国家科技支撑计划课题首席专家2人，担任国际及全国性学术刊物的编委3人。

实验室总使用面积2033平方米，科研用实验地25亩，温室大棚5栋，科研用仪器设备199台件，仪器设备总值1082.7万元，包括光合作用测定仪、TDR水分测定仪、中子仪、人工气候箱、自动气象站、自动雨雪量监测站、人工降雨模拟系统、便携式水质分析仪等大型仪器设备。该实验室承担着研究生和本科生部分实验课教学任务和科学研究项目的试验任务，实验室可开展农田水循环规律、土壤水高效利用技术、农田水肥调控利用、节水高效作物栽培技术、作物需水信息采集、季节性冻土水分运移规律、水资源系统优化配置和种植结构调整、水文水资源及水环境的不确定性分析等方面的研究内容。 实验室组建以来，为我院开展科学研究发挥了积极的作用。截至目前，实验室已完成和正在承担的科研项目达50余项，其中包括国家863节水重大专项、国家科技支撑计划、国家星火计划项目、国家自然科学基金、黑龙江省科技攻关重点项目等。科研经费2000余万元。在国内外期刊公开发表学术论文300余篇。被SCI、EI、ISTP收录70余篇。获各类专利授权6项、获各类科技奖励20余项。出版学术专著及各类国家级规划教材20余部。

研究方向：

方向一：农田水循环与土壤水高效利用技术

（1）农田水循环规律研究 研究以降水—地表水—土壤水—地下水“四水”转化为主要形式的农田水大循环和土壤—植物—大气连续体（SPAC）的农田水小循环规律。

（2）土壤水高效利用技术研究 从土壤水调控和作物生物调节两方面开展土壤水高效利用技术研究。

方向二：农田水肥调控利用与节水高效作物栽培技术

（1）农田水肥调控研究 研究主要农作物不同水分条件下获得最高利用效率的水分与养分参数组合；不同灌溉方式下作物根区水分养分迁移、转化和吸收的动力学过程；作物根际水肥耦合与调控模型。

（2）节水高效作物栽培技术研究 研究农田高效用水的作物群体时空分布特征；影响农田整体抗旱特性和水分利用效率的群体因素和调控技术；农作物高效用水群体优化结构的综合栽培技术体系。

方向三：作物需水信息采集与水资源优化配置

（1）作物需水信息采集研究 研究作物对水分亏缺信息的感受、传递与信号传导过程；作物水分区域分布和作物蒸腾过程快速监测技术；区域土壤墒情监测预报技术。 （2）灌溉决策系统研究 研究具有监测、传输、诊断、决策功能的作物精量灌溉系统；开发智能化的灌溉系统决策支持软件。 （3）冻土水分运动研究 结合区域特点，研究季节性冻土中水热耦合运移规律、数学模型及其数值模拟方法。 （4）水资源系统优化配置和种植结构调整研究 研究节水灌溉条件下农作物的最优灌溉制度、农作物的最优种植比例、农作物间灌溉水量的最优分配、灌溉渠系最优水量分配及地区间灌溉水量最优调配等。 （5）水文水资源及水环境的不确定性研究 研究水文水资源中的随机性、模糊性和灰色性等不确定性特征，为防洪减灾、水环境保护等提供科技支撑。 建材实验室成立于1956年，上世纪由于学校几经搬迁，使实验设备损坏较严重，能开出试验已经很少。虽然上世纪八十年代学校陆续投了些试验设备，但只能完成部分实验教学课程。本着多讲课少作实验原则，实验教学勉强维持多年。这也严重影响实验教学质量，使得学生动手能力很差，而且影响了理论课的知识掌握与理解能力。

2001年随着水利与建筑学院成立和国内水利事业蓬勃发展，学校向水利与建筑学院实验经费也逐年加大，多年开不出实验，也能开出。并增加实验学时，扩充实验项目，购进国内先进实验设备，为社会培养出应用性人才打下良好基础。目前实验室面积240.02平方米，设备为106台套，合计约 31万人民币。开出的实验验项目为：水泥凝结时间与水泥安定性（检查水泥质量是否合格）水泥胶砂强度与水泥细度（检查水泥强度与水泥质量是否合格） 细骨料分析 （检查砂子级配情况）粗骨料分析（碎石级配情况）混凝土配合比设计（设计混凝土强度与和易性）砂浆配合比设计（设计砂浆强度与泌水）砂子表观密度与砂子堆积密度（为混凝土质量服务）水泥、混凝土与砂浆强度确定。 土力学实验室为本学院和外学院“农业水利工程、水利水电工程、土木工程、工程管理与园林风景”等五个专业承担实验课，年平均学时为120，约为12个班。开设实验内容有“土的含水量与密度实验、土的液塑限联合实验、土的颗粒大小分析、土的击实实验、土的压缩实验、土的抗剪实验”“土的三轴演示”等五个实验。现有实验室建筑面积为140平方米。设备为96台套、合计31万元人民币。

目前开设实验课“土的含水量与密度”了解土的疏密与干湿状态，和得到相应参数，“土的液塑限联合实验”是通过求出液限和塑限而得到塑性指数和掖性指数，作为粘土类土的分类以及估算地基土承载能力，“土的击实实验”使用锤击使土的密度增加一种办法，土在一定的击实效应下，如果含水量不同，则得到密度也不同。在标准击实方法下测定出土的最大干密度和最优含水量是控制填土地基的密实度的重要指标。“土的压缩实验”测定土样在各级压力作用下产生压缩变形值，计算某荷载作用下土样孔隙比，绘制压缩曲线，计算出土的压缩系数和压缩模量等指标。“土的抗剪强度实验”测定土的抗剪强度计算地基强度和稳定用的基本指标（内摩擦角和凝聚力）。土力学实验为应用型实验，动手能力相对要求较强，也就是今后通过亲自动手实验后得到数据，通过理论计算得到结果来解决实际问题。 基础水力学与流体力学实验室使用总面积133平方米，可供本院和兄弟院系的基础实验教学的设备，同时进行30左右学生的实验课教学。实验室有近40套台件的实验设备，价值近20万元。

实验室进行的常规实验仪器有烟气风洞流线演示仪、沿程水头损失阻力仪、相对平衡试验仪以及模拟地下水运动的水电比拟试验仪。通过这些设备的操作，使学生更能牢固的掌握所学知识，为他们今后所从事的工作打下良好的基础。

本实验室作为水利专业、水电专业及工程水文专业、工程管理专业学生的基础教学实验室之一，主要承担水力学和流体力学的实验教学，同时也承担兄弟学院学生的流体力学实验课课程。每年有60多学时的教学学时 本实验室分为半开放性和全开放型实验室，半开放型实验室根据教学任务开设必修、选修实验课程；开放型实验室开设与水利学科相关的设计创新型实验以及教师科研课题进行的试验。 土木工程虚拟实验室总面积约为132.46平方米，现设2间分室，一间可供64名学生同时实验，一间供教师实验时使用。现有计算机64台，总价值30多万元。

虚拟实验室是指利用虚拟仪器建立起来的实验室。所谓虚拟仪器(Virtual Instrument，VI)就是在通用计算机硬件平台上，用户根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能，其实质是将传统仪器硬件和计算机软件技术、教学VCD结合起来，以实现并扩展仪器的功能。

本实验室作为土木工程系基础实验室之一，主要承担本院的房屋建筑学、混凝土结构、钢结构基本原理、建筑施工等课程的教学实验和相关课程的课程设计、毕业设计等教学任务。

本实验室为半开放型实验室，半开放型实验室根据教学任务开设必修、选修实验，同时，也可为其他系提供一些方便的实验条件。 水工试验大厅实验室总使用面积780平方米，共分三个实验区：水工建筑物实验教学实验区、水泵与泵站实验教学实验区、基础水力学实验教学区，可供 近100名学生同时进行试验。现有设备100多台件，总价值近100万元。

实验室拥有一批装备良好的大型实验仪器设备，如水利工程的大坝模型仿真仪器设备，利用它能够形象的演示出工程的工况，水电站发电、大坝泄洪、船闸通航的全过程都能在仿真模型演示中再现出实际工程在运转中的真实情况，给人一种很大的震撼！还安装了大型的水利枢纽灌区灌溉模型试验设备、水工建筑物模型设备及水泵与泵站各种设施及水力学基础实验设备。

本实验室作为水利学院水电专业、农业水利专业以及工程水文专业的基础实验教学及专业实验教学实验室之一，主要承担本院水工、水泵与泵站和水力学实验课程，课时数达到100多学时。

本实验室分为半开放性和全开放型实验室，半开放型实验室根据教学任务开设必修、选修实验；开放型实验室开设与水利学科相关的设计创新实验以及教师科研课题进行的试验。 水文监测与水质分析实验室总面积约100平方米，可供30名学生同时进行实验。现有仪器设备57余台（套），总价值约30万元，其中，万元以上设备5台， 10万元以上设备1台。

本实验室拥有一批种类齐全、功能完善的水文监测与水质分析实验设备，包括浮子式水位计、振弦式水位计、雷达水位计、多参数水质分析仪、旋浆式流速仪、旋杯式流速仪、遥测蒸发器、泥沙颗粒分析仪、烘箱等。

本实验室作为水文与水资源工程专业基础与专业教学实验室，主要承担水文学原理、水文信息采集与处理、水文测验、水质分析、水质模型与模拟等课程的水位测量、流速测量、蒸发能力测量、水质监测等实验教学任务，总计30学时。

本实验室根据本科教学任务开设必修、选修实验课程，同时兼顾研究生实验教学任务。另外，可为教师从事水文水资源科学研究提供便利实验条件，也可为兄弟院校学生、教师、相关企业技术人员提供专业培训。 实验站始建于2006年，现位于东北农业大学香坊农场试验站内。整个节水灌溉试验站占地25亩,实验室设备总值50万。

需求分析是系统设计的关键，是系统开发之前必要的技术环节，也是软件开发人员与系统运行操作人员在方案设计时期的技术沟通。针对项目的实际需求，在项目需求分析阶段，系统设计人员要十分了解项目解决的实际问题。

黄河水环境信息管理系统的建设，主要为流域水体监测管理服务。根据水环境监测信息管理运行方式特点，系统对监测资料进行数据管理、统计分析、信息查询、数据查询、水环境质量评价、水环境质量信息发布、水环境质量整体评述等，为上级主管部门提供决策依据。此外，黄河流域水环境信息管理系统还应留有接口，为以后省界水体监测、自动监测、流域水量调度等网上运行，提供必要的系统环境支持。

根据系统总体需求，系统的支持环境应分为两个主要方面：一是系统的硬件支持环境，二是系统的软件支持环境。硬件支持环境是满足系统运行的必要的计算机网络系统：包括网络布线、计算机网络配置、外设、网络结构及通信协议等；软件支持环境是为满足系统功能要求的基本软件：包括软件开发平台和应用软件等方面。从黄河水环境信息管理系统的基本要求及未来发展趋势来看，整个系统的建立应满足这两个方面的环境需求。 按照黄河流域水资源保护的统一规划，并根据工作的轻重缓急，分步实施。做到既有总体目标，又有阶段目标，边建设边发挥效益。系统建设要考虑安全性、可靠性、稳定性和可扩展性。

1. 网络设计的基本原则

本着先进、开放、结构合理、可扩展性强、安全可靠的原则，黄河水环境信息管理系统计算机网络的设计主要考虑：网络拓扑结构、网络协议选择、数据传输速率、设备选型及数据安全保障等几个方面，同时网络管理、远程接入、网络间互联及Intranet/ Internet技术应用方式等也需要认真考虑。

2. 软件设计的基本原则

要求系统具有完善的数据库结构、方便灵活的操作界面、面向对象的技术开发、多样的输出效果以及系统的安全性、实用性和兼容性。系统软件设计采用当今主流开发软件，实施系统的前端开发和后端开发。 1. 网络拓扑结构

拟建的网络系统为典型的企业广域网（Intranet），分局域网（近程连结）和广域网（远程连接）两部分，局域网选用 10/100Mbps交换式快速以太网技术并以光导纤维电缆和双绞线布线组网。网络结构采用星型拓扑结构。整个网络采用***（Virtual Private Network,虚拟专用网）技术以DDN(Digital Data Network,数字数据网)或微波专线方式进行数据传输。沿黄7个基层监测站各自组成自己的局域网络(模式与局中心局域网络相同)，并租用电信部门或水利通信网的传输线路与网络中心连接。为了保证特殊情况下的正常连通，系统采用远程拨号作为备用连接方式。网络结构拓扑简图如图1所示。

图中1#中心交换机为具有第三层交换功能的100/10Mbps自适应交换机，放置于网络中心机房内。中心交换机附加光纤模块，引出3条多模光纤分别与2#、3#交换机及黄委网络交换机相连；2#交换机放置于黄河水资源保护科研所，连接该资源域的PDC和BDC及客户机；3#交换机放置于黄河流域水环境监测中心并连接该资源域的PDC和BDC及客户机。1#交换机与2#交换机之间、1#交换机与3#交换机之间采用多摸光纤连接，形成中心局域网的主干，传输速率为100Mbps。各资源域通过五类非屏蔽双绞线（UTP-5）以100Mbps与交换机相连。沿黄基层监测站分别组成自己的局域网（10Mbps）并采用DDN方式或通过微波通信网、公众信息网以远程拨号方式连入网络中心。

2. 网络操作系统

网络操作系统选用Windows Server2000中文版，添加Backoffice Server包括IIS、Microsoft Exchange Server、Proxy Server、Frontpage等组件。客户端操作系统选用Windows2000 Professional、 Windows NT workstation4.0、Windows98等版本。采用KILL for NT/2000Server网络版、Norton2000、KV300、RAV等防病毒软件对计算机病毒进行联合防治。选用Microsoft公司的System Management Server 2.0和Cisco Works2000进行网络管理。鉴于数据的安全性，起用数据备份系统Legato NetWorker，使数据备份到存储设备。 1. 开发工具选择

软件开发工具对软件的开发至关重要。目前，各类开发工具软件种类繁多，程序语言也多种多样，结合系统需求，拟选用Windows98或Windows2000作为系统平台，Sybase作为数据库语言，PowerBuilder作为前端开发工具，Visual Basic、Visual C++作为开发语言，Mapinfo prosever作为动态显示和GIS的支持，根据需要选配工具软件、防病毒软件、多媒体处理软件等。开发手段主要为计算机开发技术、多媒体制作技术、水质监测管理技术、水力学技术、系统动力学技术等。

2. 子系统设计

系统由六大子系统组成，即数据库子系统、流域概况检索子系统、图形显示子系统、黄河水体监测子系统、模型库子系统、决策支持子系统。

⑴ 数据库设计 数据库是整个系统的核心，数据库的设计不仅要考虑库结构的合理性，还要考虑其安全性。数据库内容主要分四个子库： 水质数据库；法规、条例数据库；入河排污口数据库；地理信息数据库。

水质数据库包括断面信息表、地表水质数据表、底质数据表、地下水数据表、评价标准数据表、饮用水质数据表、简报（包括月报、年报）数据表、水质评价结果数据表、饮用水源情况（取水口位置、供水厂名称、取水量、时间等）。

法规、条例数据库内容包括有关水环境的政策、法规及相关标准，如环境保护法、水法、水污染防治法、地面水环境质量标准、渔业用水标准、饮用水标准、农田灌溉用水标准、污水排放标准等。

入河排污口数据库包括：排污口信息表、污染物监测表、污染物调查表、社会经济情况表、取水口信息表等；有社会经济情况数据：各相关城市的位置、人口、工业产值、农业产值、用水量、排污量、排污周期、污染物处理情况等。

地理信息数据库包括主要区段地形图、行政区划图、人口分布图、矿产资源分布图、工农业产值分布图、污染源分布图、水质状况图、水系、水质站网分布图、预测结果图等信息。

数据库的运行模式包括两部分，一是内部运行模式：完成辖区水环境监测资料的入库、处理、信息发布、远程资料接收等工作。二是外部访问模式：非技术人员网上浏览。因此数据库的运行模式，内部运行按C/S结构设计，外部浏览按B/S结构设计。

用户权限设计是为了维护数据库数据的安全性、完整性，解决数据操作的并发控制问题，必须为使用信息系统的用户设定对数据的操作权限。系统规划了五种数据操作权限：系统管理员、流域数据库管理员、监测站数据库管理员、特殊用户和一般用户。系统管理员拥有最高权限，除了拥有对数据的所有操作权限(录入、修改、删除、查询)外，还可以增加系统用户，即安排用户的数据操作权限；流域数据库管理员主要负责流域数据的上下游对照检查、表面合理性审查，并可修改用户权限；监测站数据库管理员主要负责对本站数据的录入、修改和删除，可以变更数据库中的数据记录，有权修改本站的密码，不经授权不得调阅其它站资料；特殊用户可对数据和评价结果进行查询；一般用户只能限于数据评价结果和简报的查询。据此，即可对不同部门的用户进行数据操作权限的管理。进入水质数据库后，输入用户名和密码，即可进行不同权限的操作。

索引文件设计，对于一般的数据库来说，数据的检索方式采用的是顺序检索，即给出查询条件后，从数据库中的第一条记录开始进行检索，直到查到满足条件的记录为止。这种检索方式在数据库记录不多的情况下是可行的，但是当数据库记录很多时，这种检索方式所花费的时间就比较长，用户需要等待很长时间才能得到系统的反应，系统运行效率不高。为了提高检索效率，可以建立索引，建立索引后的查找方式是折半查找法，检索效率比顺序查找法高。

⑵ 流域水环境概况检索子系统设计 包括流域水环境历史背景、现状及发展趋势分析、人文地理概貌、工农业发展状况、生态环境评价、监测历史、站点布设、主要干、支流域污染河段、重点城市等。采用多媒体技术进行综合介绍，包括文字、声音、图形、图像等。主要设计内容有区域自然地理概况、区域社会经济概况、监测站网布设情况、入河排污口分布情况、水体功能现状、近期流域的水质污染现状等。

⑶ 图形显示子系统设计 图形显示子系统是为了扩展系统的服务功能，便于宏观了解水体污染现状，作用是结果显示清晰、直观。主要内容有：以图形的形式反映流域内各地的人口、资源、工农业产值、污染源状况、水质状况。包括流域各主要区段地形图、水系图、监测站网布设图、省界水体站网图、入河排污口分布图、水体功能区划图、水质数据变化图、工农业产值图、统计结果显示图、评价结果显示图、预测结果显示图、综合分析结果图等。主要表现形式有：根据地理信息系统生成静态分布图和动态显示图、根据变化过程生成的趋势图和柱状图、根据不同项目所占比例而生成的饼状图等。

⑷ 省界水体监测子系统 省界水体监测子系统是根据省界水体监测的要求而建立的。省界水体监测子系统包括数据公证性审查、数据维护、信息查询、数据评价和信息发布各部分。

⑸ 模型库子系统设计 模型库子系统包括数据的合理性检查、质量控制措施结果检查、区域水环境质量评价、趋势分析、相关性分析、区域水环境预测等模型。

⑹　决策支持子系统设计 本部分根据已有研究成果挂接。如流域水体功能划分、污染物总量控制、水量调度对水质的影响等课题正在研究之中，这些研究成果提交后，本系统开发人员可根据成果要求，实现计算机模型挂接，为流域水环境决策管理服务。 黄河流域水环境信息管理系统的设计方案，充分体现出当前计算机信息管理系统的设计原则，既考虑当前的实用性，又考虑以后的可扩展性；既有一定规模，又兼顾投资效益比。在软件设计方面，采用当今大型主流软件，较好地解决了系统的开放性问题。黄河水环境信息管理系统的后期开发，在环境监测管理方式方法上，将利用先进的计算机技术替代落后的人工管理，缩短了数据生成周期，提高了数据利用率，有较高的社会效益和经济效益。